http://www..ru/

http://www..ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЁЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ Курсовой проект по курсу «Электрические машины»

На тему: «Проектирование двигателя постоянного тока»

Выполнил:

Семенюк Е.С.

Днепропетровск, 2013

1. Магнитная цепь машины. Размеры, конфигурация, материал Главные размеры

— высота оси вращения

— минимальн. расстояние от нижней части корпуса до опорной плоскости лап

— максимальный наружный диаметр сердечника якоря

(Гольдберг, и др. стр. 224, рис. 10−2а)

(для машин с независимым или последовательным возбуждением)

— предварительный КПД (Гольдберг, и др. стр. 225, рис. 10−4а) Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F

— расчетная линейная нагрузка (Гольдберг, и др. стр. 225, рис. 10−5а)

— расчетная индукция в воздушном зазоре (Гольдберг, и др. стр. 225, рис. 10−5б)

— коэффициент полюсного перекрытия (Гольдберг, и др. стр. 226, рис. 10−6)

Искусственно уменьшаем расчетную длину сердечника якоря до

(Гольдберг, и др. стр. 227, рис. 10−7)

Сердечник якоря Принимаем для сердечника якоря: сталь 2312 толщиной, листы сердечника якоря лакированные; форма пазов — открытая прямоугольная.

— коэффициент заполнения сердечника якоря сталью

— припуск на сборку сердечника по ширине паза

— припуск на сборку сердечника по высоте паза (Гольдберг, и др. стр. 228, табл. 10−6)

— конструктивная длина сердечника якоря

— эффективная длина сердечника якоря

— количество аксиальных вентиляционных каналов в сердечнике якоря

— диаметр канала (Гольдберг, и др. стр. 229)

— предварительный внутренний диаметр листов якоря (Гольдберг, и др. стр. 230, рис. 10−10)

Сердечник главных полюсов Принимаем для сердечников главных полюсов анизотропную холоднокатаную сталь 3411 толщиной, листы сердечников полюсов неизолированные; компенсационной обмотки нет; вид воздушного зазора между главными полюсами и якорем эксцентричный.

— коэффициент заполнения сердечника сталью

— эквивалентный воздушный зазор (Гольдберг, и др. стр. 231, рис. 10−13)

— высота зазора у оси полюса

— высота зазора у края полюса

— длина сердечника полюса

— полюсное деление

— расчетная ширина полюсной дуги

— действительная ширина полюсной дуги

— предварительная магнитная индукция в сердечнике полюса

— предварительное значение магнитного потока в воздушном зазоре

— эффективная длина сердечника полюса

— ширина сердечника полюса

— ширина уступа полюса для упора обмотки возбуждения

— высота в наименьшем поперечном сечении наконечника

Сердечники добавочных полюсов Принимаем для сердечников добавочных полюсов сталь марки 2411 толщиной; листы сердечников полюсов неизолированные.

— количество добавочных полюсов

— длина наконечника добавочного полюса

— длина добавочного полюса

— предварительная ширина сердечника добавочного полюса (Гольдберг, и др. стр. 233, рис. 10−15)

— воздушный зазор добавочн. полюса (Гольдберг, и др. стр. 233, рис. 10−16)

Принимаем монолитную станину из стали марки Ст3

— длина станины

— предварительная магнитная индукция в станине

— предварительная высота станины

— принятое значение высоты станины

— среднее значение высоты станины (Гольдберг, и др. стр. 233, рис. 10−17)

— магнитная индукция в месте распространения магнитного потока в станине при входе его в главный полюс

— допустимое её значение

— внутренний диаметр станины

— высота главного полюса

— высота добавоч. Полюса Обмотка якоря.

Тип и шаги обмотки якоря. Количество витков обмотки, коллекторных пластин, пазов.

— предварительный ток якоря Принимаем простую петлевую обмотку (Гольдберг, и др. стр. 237, табл. 10−7) из провода ПЭТП-155

— количество параллельных ветвей (Гольдберг, и др. стр. 240, табл. 10−8)

— предварит. кол-во витков обмотки

— число проводов по ширине паза (Гольдберг, и др. стр. 240, табл 10−8)

— предварительное кол-во витков в секции

— принятое количество витков в секции

— предварительное кол-во пазов якоря

— количество коллекторных пластин

— зубцовое деление по наружному диаметру якоря при открытых пазах якоря и наличии петушков на коллекторе

— наружный диаметр коллектора (ГОСТ 19 780−74)

— коллекторное деление

— среднее межламельное напряжение при нагрузке (при этом максимальное допустимое напряжение при высоте оси вращения h=315 мм — 30 В)

— число витков обмотки якоря

— количество эффективных проводников в пазу

— ток в пазу

— первый частичный шаг по реальным пазам

— шаг по коллектору

— первый частичный шаг по элементарным пазам

(для уравнителей 1-го рода)

— высота паза (Гольдберг, и др. стр. 244, рис. 10−21)

— высота спинки якоря

— частота перемагничивания Обмотка якоря с прямоугольными открытыми пазами Принимаем пазы якоря прямоугольной формы, открытые.

— предварительная магнитная индукция в наиболее узком месте зубца

— предварительная ширина зубца в наиболее узком месте

— магнитная индукция в спинке якоря

— предварительная ширина паза в штампе

— общая толщина изоляции в пазу по его ширине (с. 401)

— общая толщина изоляции в пазу по его высоте

— количество проводников, размещаемых в пазу по высоте

— высота бандажной канавки

— двусторонняя толщина изоляции провода (с .250)

— допустимая ширина провода с витковой изоляцией

— то же, без изоляции

— ближайшая стандартная ширина провода без изоляции и с изоляцией

— допустимая высота провода с витковой изоляцией

— то же, без изоляции

— ближайшая стандартная высота провода без изоляции и с изоляцией

— площадь поперечного сечения провода без изоляции

— уточнен. ширина паза в штампе

— уточнённая высота паза в штампе

— плотность тока в обмотке

— удельная тепловая нагрузка якоря от потерь в обмотке

— допустимое значение величины на 15% сверх допустимого значения

— среднее зубцовое деление якоря

— средняя ширина секции обмотки

— средняя длина одной лобовой части обмотки

— средняя длина витка обмотки

— сопротивление обмотки (20°С)

— то же, в относительных единицах

— то же, контрольное значение

— длина вылета лобовой части обмотки Обмотка добавочных полюсов

— поперечная МДС якоря

— количество групп катушек добавочных полюсов, соединяемых последовательно (предварительное отношение МДС для некомпенсированных машин при 2р?4)

— предварительное количество витков катушки добавочного полюса

— уточнённое количество витков

— уточнённая МДС катушки

— уточнённое отношение МДС

— предварительная плотность тока в обмотке

— предварительная площадь поперечного сечения проводника Принимаем провод неизолированный, гнутый на ребро

— принимаемые стандартные размеры проводника без изоляции

— площадь поперечного сечения принятого проводника

— уточнённая плотность тока в обмотке

— средняя длина витка катушки

— сопротивление обмотки при 20°C

2. Стабилизирующая последовательная обмотка главных полюсов Принимаем размеры и марку провода такими же, как и у обмотки добавочных полюсов.

— МДС стабилизирующей обмотки на полюс

— все катушки обмотки соединены последовательно

— предварит. количество витков в катушке

— уточнённое количество витков

— уточнённое значение МДС обмотки

— предварительная ширина катушки

— средняя длина витка катушки

— сопротивление обмотки при 20°C

Характеристика намагничивания машины Уточнение магнитного потока

— сопротивление обмоток якорной цепи, приведенное к стандартной рабочей температуре

— уточнённая ЭДС при номинальном режиме работы двигателя

— уточнённый магнитный поток МДС для воздушного зазора между якорем и главным полюсом

— площадь поперечного сечения в воздушном зазоре

— уточн. магн. индукция в зазоре

— коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения якоря

— общий коэффициент воздушного зазора

— МДС для воздушного зазора МДС для зубцов якоря

— ширина зубца в наиболее узкой части

— площадь поперечного сечения зубцов в наиболее узкой части

— уточнённая магнитная индукция в зубцах в наиболее узкой части

— ширина зубца в наиболее широкой части

— то же, в средней части

— площадь поперечного сечения зубцов в наиболее широкой части

— то же, в средней части

— в наиболее широкой части

— в средней части

— коэффициент зубцов в узкой части

— то же, в наиболее широкой части

— то же, в средней части

— напряженность магнитного поля в зубцах в наиболее узкой части

— то же, в наиболее широкой части

— то же, в средней части

— среднее значение напряжённости магнитного поля в зубцах

— средняя длина пути магнитного потока

— МДС для зубцов МДС для спинки якоря

— расчётная площадь поперечного сечения спинки якоря

— уточнённая магнитная индукция в спинке якоря

— напряжённость магнитного поля в спинке якоря

— ср. длина пути магнитн. потока

— МДС для спинки якоря

МДС для сердечника главного полюса

— площадь поперечн. сечения сердечника полюса

— уточнённая магнитная индукция в сердечнике полюса

— напряженность магнитного поля в сердечнике главного полюса (Гольдберг, приложение 20.)

— средняя длина пути магнитного потока

— МДС для сердечника полюса

МДС для зазора в стыке между главным полюсом и станиной

— эквивалентный зазор в стыке между главным полюсом и станиной

— МДС для зазора

МДС для станины

— площадь поперечного сечения станины

— уточнённая магнитная индукция в станине

— напряжённость магнитного поля в стали станины (Гольдберг, приложение 21)

— средняя длина пути магнитного потока

— МДС для станины

Суммарная МДС магнитной цепи

— суммарная магнитодвижущая сила магнитной цепи

— коэффициент насыщения магнитной цепи

Обмотка главных полюсов

Независимая обмотка главных полюсов

(Гольберг, и др. стр. 275, рис. 10−29)

— размагничив. действие поперечной МДС якоря

— МДС обмотки независимого возбуждения

— предварительная ширина катушки

— средняя длина витка обмотки

— предварительное поперечное сечение провода

Принимаем круглый провод марки ПЭТ-155

— принятое ближайшее стандартное поперечное сечение провода

— диаметр принятого провода без изоляции

— диаметр принятого провода с изоляцией

— уточнённый коэффициент запаса

— предв. плотность тока в обмотке (Гольдберг, и др. стр. 278, рис. 10−30)

— предварительное кол-во витков одной катушки

— уточнённое (округлённое) количество витков одной катушки

— уточнённая плотность тока в обмотке

— сопротивление обмотки при

— максимальный ток обмотки

— максимальная МДС

Последовательная обмотка главных полюсов

Принимаем размеры и марку провода такими же, как и у обмотки добавочных полюсов.

— предварительная ширина катушки

— средняя длина витка катушки

— сопротивление обмотки (при 20°С)

Размещение обмоток главных и добавочных полюсов

Независимая обмотка главных полюсов

Принимаем исполнение в виде двух шайб с числом витков в каждой — 327. Количество проводников по ширине в каждой шайбе ,

по высоте ;

— ширина катушки

— высота катушки

Последовательная обмотка главных полюсов

Принимаем форму параллелепипеда

— ширина катушки

— высота катушки

Стабилизирующая последовательная обмотка

— ширина катушки

Обмотка добавочных полюсов

Принимаем форму параллелепипеда

— ширина катушки

— высота катушки

Щётки и коллектор

— ширина щётки

— длина щётки

— число перекрытых щёткой коллекторных делений

— укорочение

— ширина зоны коммутации

— контактная площадь одной щётки

— необходимая контактная площадь всех щёток

— количество щёток на одном бракете

— уточнённое количество щёток на одном бракете

— уточненная контактная площадь всех щёток

— уточнённая плотность тока под щётками

— активная длина коллектора

— окружная скорость коллектора при номинальной частоте вращения

Коммутационные параметры

— проводимость рассеяния паза

— максимальная окружная скорость якоря

— реактивная ЭДС коммутирующих секций

— среднее значение магнитной индукции в зазоре под добавочным полюсом

— коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения якоря

— то же, бандажных канавок сердечника якоря

— необходимый зазор под добавочным полюсом

— магнитный поток в зазоре под добавочным полюсом при номинальной нагрузке

— то же, при перегрузке

— номинальный магнитный поток в сердечнике добавочного полюса

— в сердечнике добавочного полюса при перегрузке

— площадь поперечного сечения сердечника добавочного полюса

— магнитная индукция в сердечнике добавочного полюса при перегрузке

— расчётная магнитная индукция на участках станины, в которых суммируются магнитные потоки главных и добавочных полюсов

— расчётная магнитная индукция на участках спинки якоря, в которых суммируются магнитные потоки главных и добавочных полюсов

Номинальный режим

— масса стали зубцов якоря

— магнитные потери в зубцах, где-удельные магнитные потери; - показатель степени для стали 2312(Гольдберг, с.73)

— масса стали спинки якоря

— магнитные потери в спинке якоря

— суммарные магнитные потери в стали

— потери на трение щёток о коллектор

— суммарные механические потери

— добавочные потери

— уточнённый ток якоря двигателя

— уточнённый ток двигателя

— подводимая мощность двигателя

— суммарные потери в двигателе

— уточнённый КПД двигателя

— дважды уточнённый магнитный поток двигателя (до этого он был 10.36Е-3)

— МДС магнитной цепи двигателя (по хар-ке намагничивания машины)

— размагничивающее действие МДС якоря

-(рис.10−29, Гольдберг, с .275) — необходимая МДС независимой обмотки главных полюсов двигателя

— момент вращения на валу двигателя

— магнитный поток при максимальной частоте вращения

— МДС при минимальном магнитном потоке (по характеристике намагничивания)

— минимальный ток возбуждения

— максимальная величина регулирующего сопротивления

— частота вращения при холостом ходе и ослабленном возбуждении

Регулирование частоты вращения вниз

— допустимый момент вращения на валу при наименьшей частоте вращения (рис.10−33,б)

— при

— ток якоря при минимальной частоте вращения

— ЭДС при минимальной частоте вращения

— напряжение на якоре при минимальной частоте вращения

— результирующая МДС при минимальной частоте вращения (по характеристике намагничивания)

— размагничивающая МДС реакции якоря

— МДС стабилизирующей обмотки

— МДС обмотки возбуждения главных полюсов при минимальной частоте вращения

— ток обмотки возбуждения при минимальной частоте вращения

— максимальная величина регулирующего сопротивления

Тепловой расчет

Потери в обмотках и контактах щёток

— потери в обмотке якоря

— потери в обмотке добавочных полюсов

— потери в стабилизирующей последовательной обмотке

— потери в независимой обмотке главных полюсов

— потери в контактах щёток

Обмотка якоря

— условная поверхность охлаждения активной части якоря

— условный периметр поперечного сечения паза

— условная поверхность охлаждения пазов

— то же, лобовых частей обмотки

— то же, машины

— удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесённых к поверхности охлаждения активной части якоря

— то же, от потерь в активной части обмотки, отнесённых к поверхности охлаждения пазов

— то же, от потерь в лобовых частях обмотки, отнесённых к поверхности охлаждения лобовых частей обмотки

— окружная скорость якоря при номинальной частоте вращения

— коэффициент теплоотдачи поверхности якоря (Гольдберг, и др. стр. 300, рис. 10−34)

— превышение температуры поверхности активной части якоря над температурой воздуха внутри машины

— перепад температуры в изоляции паза и проводов

— превышение температуры поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины

— перепад температуры в изоляции проводов лобовых частей обмотки

— среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины

— сумма потерь в машине, передаваемая воздуху внутри машины

— среднее превышение температуры воздуха внутри машины над температурой наружного охлаждающего воздуха

— среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой наружного охлаждающего воздуха

Обмотка добавочных полюсов

— условная поверхность охлаждения обмотки

— удельный тепловой поток от потерь в обмотке, отнесённых к поверхности охлаждения обмотки

— коэффициент теплоотдачи наружной поверхности охлаждения обмотки возбуждения (Гольдберг, и др. стр. 301, рис. 10−36)

— превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки над температурой воздуха внутри машины

— среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины

— среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного охлаждающего воздуха

Независимая обмотка главных полюсов

— условная поверхность охлаждения всех катушек

— удельный тепловой поток от потерь в обмотке, отнесённых к поверхности охлаждения обмотки

— превышение температуры наружной поверхности охлаждения обмотки над температурой воздуха внутри машины

— перепад температуры в наружной и внутренней изоляции обмотки

— среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины

— среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного охлаждающего воздуха

Коллектор

— условная поверхность охлаждения коллектора — удельный поток от потерь на коллекторе, отнесённых к поверхности охлаждения коллектора

— превышение температуры коллектора над температурой воздуха внутри машины

— превышение температуры коллектора над температурой наружного охлаждающего воздуха у машины со входом воздуха со стороны коллектора

Вентиляционный расчёт

— необходимый расход воздуха

— эквивалентное аэродинамическое сопротивление воздухопровода машины

— наружный диаметр вентилятора

— внутр. диаметр колеса вентилятора

— длина лопатки вентилятора

— количество лопаток вентилятора

— линейная скорость вентилятора по наружному диаметру

— то же, по внутреннему

— напор вентилятора при холостом ходе

— площадь поперечного сечения входных отверстий вентилятора

— максимальный расход воздуха

— действительный расход воздуха вентилятора

— действительный напор вентилятора

Масса и динамические показатели

— масса проводов обмотки якоря

— масса проводов обмотки добавочных полюсов

— масса проводов стабилизирующей последовательной обмотки

— масса проводов независимой обмотки главных полюсов

— масса меди коллектора

— суммарная масса проводов обмоток и меди коллектора

— масса стали зубцов сердечника якоря (см. раздел «Номинальн. режим»)

— масса стали спинки сердечника якоря

— масса стали сердечников главных полюсов

— масса стали сердечников добавочных полюсов

— станины

— суммарная масса активной стали

— масса изоляции машины

— масса конструкционных материалов

— масса машины

— динамический момент инерции якоря

— электромеханическая постоянная времени якоря

машина якорь обмотка

Вывод

По результатам расчета спроектированного двигателя постоянного тока можно сказать, что это двигатель с предельно большим расходом воздуха, то есть машина «холодная». Отсюда видно, что сделан большой запас по стали, даже не смотря на габариты, которые также можно уменьшить. Этого можно добиться, увеличив ширину обмоток полюсов, тем самым уменьшив высоту полюсов и, следовательно, длину станины (таким образом, уменьшится и стоимость двигателя). Из теплового расчета видно, что машина при выбранном классе нагревостойкости изоляции F до конца не нагружена — рассчитанные превышаемые температуры гораздо ниже допускаемых температур по ГОСТ 183– —74, то есть можно было ограничиться классом В. В остальном, машина имеет нормальные коммутационные параметры.